본 연구에서는 CADMAS-SURF 모형을 사용하여 케이슨 직립제의 상부에 패러핏의 설치 위치에 따라서 규칙파에 의한 파압과 파력의 특성을 분석하였고, 파력결과를 사용하여 방파제 및 지반 안정성 평가를 수행하였다. 수치해석결과, 후부 패러핏을 채택하면 전면 최대 파압 및 파력을 저감시킬 수 있으며, 패러핏에 작용하는 최대 파압은 전면에 있는 경우에 비하여 다소 증가하나 전면 최대 파압과의 위상차에 의해 방파제의 안정성에는 거의 영향을 미치지 못함을 확인하였다. 그리고 Yamamoto et al.(2013)이 후부 패러핏의 문제점으로 지적한 바 있는 충격파압은 발생하지 않았다. 활동, 전도에 대한 안정성 검토 결과, 후부 패러핏 구조를 채택하면 항외측에 패러핏을 설치한 경우에 비하여 13% 적은 자중으로도 목표 안전율인 1.2를 확보할 수 있는 것으로 평가되었다. 이때 최대 지반지지력도 30% 감소되는 것으로 확인되어 후부 패러핏 구조의 실제 현장에서의 적용성이 높은 것으로 평가되었다.
본 연구에서는 CADMAS-SURF 모형을 사용하여 케이슨 직립제의 상부에 패러핏의 설치 위치에 따라서 규칙파에 의한 파압과 파력의 특성을 분석하였고, 파력결과를 사용하여 방파제 및 지반 안정성 평가를 수행하였다. 수치해석결과, 후부 패러핏을 채택하면 전면 최대 파압 및 파력을 저감시킬 수 있으며, 패러핏에 작용하는 최대 파압은 전면에 있는 경우에 비하여 다소 증가하나 전면 최대 파압과의 위상차에 의해 방파제의 안정성에는 거의 영향을 미치지 못함을 확인하였다. 그리고 Yamamoto et al.(2013)이 후부 패러핏의 문제점으로 지적한 바 있는 충격파압은 발생하지 않았다. 활동, 전도에 대한 안정성 검토 결과, 후부 패러핏 구조를 채택하면 항외측에 패러핏을 설치한 경우에 비하여 13% 적은 자중으로도 목표 안전율인 1.2를 확보할 수 있는 것으로 평가되었다. 이때 최대 지반지지력도 30% 감소되는 것으로 확인되어 후부 패러핏 구조의 실제 현장에서의 적용성이 높은 것으로 평가되었다.
In this study, using the CADMAS-SURF model, the characteristics of the wave pressures and the wave forces were analyzed according to the installation position of the parapet on top of the caisson, and the stability evaluation was carried out using estimated wave forces for the design wave condition....
In this study, using the CADMAS-SURF model, the characteristics of the wave pressures and the wave forces were analyzed according to the installation position of the parapet on top of the caisson, and the stability evaluation was carried out using estimated wave forces for the design wave condition. Numerical results show that adopting the rear-parapet reduces the front maximum wave pressures and wave forces, and the maximum wave pressure acting on the rear-parapet increases slightly compared to the front parapet, but the wave force acting on the rear-parapet has little effect on the stability of the breakwater due to the phase difference with the wave force acting on the front of the breakwater. In addition, impulsive wave pressures did not occur, as Yamamoto et al. (2013) pointed out the problem of the rear-parapet breakwater. As a result of the stability against sliding and overturning, it was estimated that the target safety factor of 1.2 could be secured by the self-weight of 13% less than the case of the front parapet. At this time, the maximum ground pressure was also reduced by 30%, and the applicability of the rear-parapet structure to the actual site was evaluated as high.
In this study, using the CADMAS-SURF model, the characteristics of the wave pressures and the wave forces were analyzed according to the installation position of the parapet on top of the caisson, and the stability evaluation was carried out using estimated wave forces for the design wave condition. Numerical results show that adopting the rear-parapet reduces the front maximum wave pressures and wave forces, and the maximum wave pressure acting on the rear-parapet increases slightly compared to the front parapet, but the wave force acting on the rear-parapet has little effect on the stability of the breakwater due to the phase difference with the wave force acting on the front of the breakwater. In addition, impulsive wave pressures did not occur, as Yamamoto et al. (2013) pointed out the problem of the rear-parapet breakwater. As a result of the stability against sliding and overturning, it was estimated that the target safety factor of 1.2 could be secured by the self-weight of 13% less than the case of the front parapet. At this time, the maximum ground pressure was also reduced by 30%, and the applicability of the rear-parapet structure to the actual site was evaluated as high.
본 연구에서는 기존 케이슨 방파제의 보강시와 신설 방파제 설계시 패러핏의 위치를 효율적으로 배치하는데 도움을 주기 위하여 패러핏의 위치가 방파제의 안정성에 미치는 영향에 대해서 살펴보았다. CADMAS-SURF(CDIT, 2001)를 사용하여 케이슨식 직립제를 대상으로 패러핏의 위치 변화에 따른 규칙파에 대한 수치해석을 실시하여, 파고와 주기의 변화에 따른 파압 및 위상차를 분석하였고, 충격적인 파압의 발생유무를 검토하였으며, 그리고 방파제에 작용하는 총 파력의 특성에 대해서도 분석하였다.
가설 설정
3333px;">p = 0, 20, 40 cm)를 고려하였다. 그리고 파고(H)와 주기(T)의 영향을 알아보기 위하여 주기가 2.0초일 때 파고는 10, 15 cm, 주기가 1.5초일 때 파고 10cm 인 세 가지 규칙파 조건 대하여 수치해석을 수행하였으며, 설계파는 주기 2.0초이고 파고 15cm인 조건으로 가정하였다. 이 수치실험 조건은 수리실험과의 비교를 위하여 수조제원을 감안하여 설정한 것으로, 축척은 1/40을 가정하였다.
제안 방법
본 연구에서는 기존 케이슨 방파제의 보강시와 신설 방파제 설계시 패러핏의 위치를 효율적으로 배치하는데 도움을 주기 위하여 패러핏의 위치가 방파제의 안정성에 미치는 영향에 대해서 살펴보았다. CADMAS-SURF(CDIT, 2001)를 사용하여 케이슨식 직립제를 대상으로 패러핏의 위치 변화에 따른 규칙파에 대한 수치해석을 실시하여, 파고와 주기의 변화에 따른 파압 및 위상차를 분석하였고, 충격적인 파압의 발생유무를 검토하였으며, 그리고 방파제에 작용하는 총 파력의 특성에 대해서도 분석하였다. 또한, 설계파 조건을 설정하여 활동, 전도, 지반지지력에 대한 안정성에 검토를 수행하였고, 상대적으로 패러핏의 위치 변화에 따른 파력감소효과가 안정성에 미치는 영향을 분석하였다.
CADMAS-SURF(CDIT, 2001)를 사용하여 케이슨식 직립제를 대상으로 패러핏의 위치 변화에 따른 규칙파에 대한 수치해석을 실시하여, 파고와 주기의 변화에 따른 파압 및 위상차를 분석하였고, 충격적인 파압의 발생유무를 검토하였으며, 그리고 방파제에 작용하는 총 파력의 특성에 대해서도 분석하였다. 또한, 설계파 조건을 설정하여 활동, 전도, 지반지지력에 대한 안정성에 검토를 수행하였고, 상대적으로 패러핏의 위치 변화에 따른 파력감소효과가 안정성에 미치는 영향을 분석하였다.
대상 데이터
1에 본 연구에서 대상으로 한 케이슨식 직립제의 개념도를 제시하였다. 해석의 편의상 기초사석마운드는 없는 것을 대상으로 하였으며, 패러핏의 위치에 따른 위상차 효과를 살펴보기 위하여 패러핏의 위치를 세 가지 다른 경우(lp = 0, 20, 40 cm)를 고려하였다. 그리고 파고(H)와 주기(T)의 영향을 알아보기 위하여 주기가 2.
이론/모형
본 수치해석에는 k-ε 방정식을 적용하여 난류해석을 수행하였고, 입사파 조건이 비선형성이 강해 경계면에서 stream 22(Dean, 1965) 함수를 사용하여 조파하였다.
성능/효과
1. 후부 패러핏을 적용하면 방파제 전면에 작용하는 최대 파압이 감소하며, 패러핏에 작용하는 파압은 다소 증가할 수 있으나, 전면 최대파압과의 위상차가 커 실제로 방파제 안정성에는 거의 영향을 미치지 못하는 것으로 평가되었다. 또한, Yamamoto et al.
3. 활동 및 전도에 대한 안정중량을 산정해 본 결과, 후부패러핏 케이슨 방파제의 유효자중은 패러핏을 전면에 설치한 경우의 유효자중에 비하여 87% 수준이고, 지반지지력의 경우는 후부 패러핏을 채택하면 최대 30% 감소시킬 수 있는 것으로 평가되었다.
4. 후부 패러핏에 작용하는 최대 파압의 위상차와 충격성 파압발생 가능성을 판단하는데 기초자료가 될 것으로 판단되는 방파제를 월파한 수괴의 이동속도에 대한 검토 결과, 중복파고에서 방파제의 전벽 천단고(hc')를 뺀 수심에 대한 천해파의 파속으로 이동하는 것으로 가정하면, 패러핏을 방파제 중간에 둔 이동거리가 짧은 경우는 다소 느리게 예측하나, 항내측에 위치시킨 이동거리가 긴 경우에는 상당히 정확하게 예측하는 것으로 평가되었다.
후속연구
상기 결과는 규칙파에 대한 수치해석에 의해 도출된 것으로, 후부 패러핏 구조의 실제 현장 적용을 위해서는 불규칙파에 대한 검토, 수리모형실험을 통한 결과의 검증 등 추가연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
CADMAS-SURF에 대해 설명하시오.
본 연구에서는 패러핏의 설치 위치에 따라서 케이슨(패러핏을 제외한 상치콘크리트 포함)과 패러핏 전면에 작용하는 파압을 해석하기 위하여 CADMAS-SURF(CDIT, 2001)를 이용하였다. 이 수치모형은 2차원 비압축성 점성유체를 대상으로 하는 연속방정식과 Navier-Stokes 방정식을 Porous 모형(Sha et al., 1978)에 근거하여 확장한 식을 기본으로 하고, 구조물의 형상근사정도를 높인 것이다(Sakakiyama et al., 1990).
지구온난화에 의한 영향은?
지구온난화에 의하여 해수면상승은 물론이고 해수온도가 상승하여 태풍의 강도도 증가하고 있는 추세이다(Yamada et al., 2017; IPCC, 2019).
설계파고를 상회하는 이상파랑으로부터 항만구조물을 보호하기 위해 필요한 것은?
이로 인하여 대형 태풍에 의해 설계파고를 상회하는 이상파랑이 발생하여 보강된 항만구조물이 다시 피해를 입고 있는 것이 현실이다(Hyein E&C, 2012; DY Engineering, 2013; SEKWANG EnC, 2018). 이러한 환경적인 변화에서 항만을 안전하게 지키기 위해서는 우선적으로 외해로부터 진입하는 파랑을 최전방에서 막는 방파제의 안정성을 확보해야만 한다.
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